中國粉體網訊 氣凝膠材料通常是指以納米級顆�；蚓酆衔锓肿渔溝嗷ゾ奂纬杉{米多孔結構，在納米孔洞中充滿氣態(tài)分散介質的三維多孔輕質固體材料。氣凝膠材料具備低密度、高比表面積、高孔隙率和孔體積等結構特性，使其具有耐高溫、低熱導率、低折射率和低聲傳播速度等特殊的光、熱、聲、電性能，進而在隔熱保溫、吸附分離、生物醫(yī)用、光電催化、儲能轉化、吸聲隔音及高能粒子捕獲等諸多領域有著廣闊的應用前景，吸引了科研、生產、設計等領域的廣泛關注，成為當前材料科學的重點研究領域之一。
陶瓷氣凝膠因其超輕、耐火、耐腐蝕、耐高溫等特性，非常適合用作航空航天領域的隔熱材料。然而，由于其固有的脆性和高溫析晶行為，導致其在大的熱量梯度或者長期的高溫暴露中表現(xiàn)出強度下降甚至結構坍塌等嚴重問題。因此，強大的力學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性是在極端條件下使用陶瓷氣凝膠實現(xiàn)可靠隔熱的重要前提。
近日，哈爾濱工業(yè)大學土木學院李惠和徐翔教授在陶瓷氣凝膠隔熱領域取得重要研究成果。該研究成果報道了一種氣凝膠多尺度超結構設計和制備方法，采用半晶質（hypocrystalline）陶瓷材料設計結合zig-zag宏觀結構設計，賦予陶瓷氣凝膠近零泊松比（3.3×10-4）和近零熱膨脹（1.2×10-7/℃）的“雙零”反常規(guī)物理性質，從而獲得了輕質超柔韌、高熱穩(wěn)定性及高溫超隔熱等特性。
半晶質雙零陶瓷氣凝膠超彈及高溫隔熱性能
同時，研究團隊創(chuàng)新提出了一種“氣體湍流”輔助靜電紡絲直接制備三維納米纖維陶瓷氣凝膠的方法，拓展了傳統(tǒng)靜電紡絲制備二維膜材料的束縛，為實現(xiàn)材料的多尺度超結構設計、高性能、大規(guī)模及低成本制備提供了新思路和新方法。該材料彈性可恢復壓縮應變高達95%，兼具優(yōu)異的拉伸（斷裂應變>40%）和彎曲（彎曲應變>90%）變形能力；1萬次高頻劇烈熱震（約200℃/s）以及長期高溫（>1000℃）有氧暴露下強度損失及體積收縮幾乎為零；此外，半晶質陶瓷對碳展現(xiàn)了更強的包覆能力，提高了碳材料的高溫抗氧化性能，從而有效阻隔了高溫熱輻射，實現(xiàn)了“低密度”陶瓷氣凝膠目前最低高溫導熱系數(shù)（20mg/cm3、1000℃下小于100mW/mK），彌補了輕質氣凝膠材料在高溫隔熱領域的短板。該材料同時具備電容式自感知特性，可實時監(jiān)測隔熱材料的結構損傷，進一步增強了熱控制系統(tǒng)的安全可靠性。
早在2019年，該團隊與蘭州大學、美國加州大學洛杉磯分校、加州大學伯克利分校等高校研究人員共同合成出米層狀結構的雙曲線結構陶瓷氣凝膠，該材料可以極大增強傳統(tǒng)陶瓷氣凝膠材料的各項性能。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04784-0
參考來源：哈爾濱工業(yè)大學
（中國粉體網編輯整理/山川）
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